电磁兼容作业_电磁兼容作业报告
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电磁兼容学习报告
姓名：时新淦 学号 ： 201230210800 专业：电工理论及技术
1.前言
这学期开设了电磁场理论这门课程，这门课程是一个基础，当上完这么课后感觉学得还不够，因此当老师在上第一堂电磁兼容课时，心情是非常喜悦的，一方面是电磁理论知识的又一次温习和深化，而且电磁兼容是具体的电磁场理论知识的一个实际运用。课程结束之前，最后一堂课给我留下了深刻的印象，一方面是电磁兼容重要性，另一方面是对自己以后学习的一个启迪。
下面就从电磁兼容的概述，电磁兼容与课题联系两方面展开讨论。
2.电磁兼容概述
在课程的最后一节课中，老师给我们详细的介绍了电磁兼容。一个系统应该满足三个EMC原则：
（一）不对其他系统产生干扰；
（二）对其他系统的辐射不敏感；
（三）不对自身产生干扰。老师还给我们举了一些例子如：美国的航母曾因电磁兼容问题引发爆炸，手机辐射影响音响设备等，让我们更好地理解了电磁干扰的危害性和电磁兼容技术的重要性。
后面查了一些相关的资料更加了解电磁兼容，如一些基本术语，电磁干扰三要素（电磁干扰源、干扰传播途径和敏感设备），电磁兼容的组织认证等等（如老师上课讲的中国的强制性认证“CCC”，还有如美国的强制性“FCC”等等）。
下面将就电磁兼容作下整体的概述。2.1.电磁骚扰
电磁干扰是指电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。这里，电磁骚扰是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低，或者队友生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象；而电磁干扰是指由电磁骚扰产生的具有危害性的电磁能量或者引起的后果。
依据骚扰的来源分类，电磁骚扰源分为两大类：自然骚扰源和人为骚扰源。其中，人为骚扰源包括功能性骚扰源和非功能性骚扰源。功能性骚扰源指设备、系统在实现自身功能的过程中所产生的有用电磁能量对其他设备、系统造成干扰的用电装置。非功能性骚扰源指设备、系统在实现自身功能的过程中所产生的无用电磁能量对其他设备、系统造成干扰的用电装置。描述电磁骚扰源产生的干扰效应，通常电磁骚扰的性质可以由以下参数描述：1.频谱宽度 2.幅度或电平 3.波形 4.出现率 5.辐射骚扰的极化特性 6.辐射骚扰的方向特性 7.天线有效面积。
关于电磁骚扰的耦合与传输理论是电磁兼容理论的另一个重要知识，一般而言，从各种电磁骚扰源传输电磁骚扰至敏感设备的通路或媒介，即耦合途径，有两种方式：一种是传导耦合方式；另一种是辐射耦合方式。其中辐射耦合可以划分为三种：1.天线与天线的耦合 2.场与线的耦合 3.线与线的感应耦合。传导耦合按其耦合方式可以划分为电路性耦合、电容性耦合、电感性耦合三种基本方式。2.2.电磁屏蔽
屏蔽理论及其应用这一部分是这门课程的另一个一个重点。
屏蔽就是由导电或导磁材料制成的金属屏蔽体将电磁骚扰源限制在一定 的范围内，使骚扰源从屏蔽体的一面耦合或辐射到另一面时受到抑制或衰减。电磁屏蔽按其屏蔽原理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。电场屏蔽包含静电屏蔽和交变电场屏蔽，磁场屏蔽包含静磁屏蔽（恒定磁场屏蔽）和交变磁场屏蔽。
静电屏蔽必须具有讲个基本要点：完整的屏蔽导体和良好的接地。交变电场屏蔽的基本原理是采用接地良好的金属屏蔽体将骚扰源产生的交变电场限制在一定的空间内，从而阻断了骚扰源至接收器的传输途径。
低频磁场的屏蔽原理是利用铁磁材料的高磁导率对骚扰磁场进行分路。高频磁场的屏蔽采用的是低电阻率的良导体材料。其屏蔽原理是利用电磁感应现象在导体表面所产生的涡流的反磁场来达到屏蔽目的。金属屏蔽体对电磁波的屏蔽效果包括反射损耗、吸收损耗和多次反射损耗。如何描述屏蔽体的屏蔽效果及如何定量分析和表示屏蔽效果，这里我们主要是引入了屏蔽效能的概念。屏蔽效能是指不存在屏蔽体时某处的电场强度E0与存在屏蔽体时同一处的电场强度Es之比，常用分贝（dB）表示。总而言之电磁兼容问题是一个不可回避的问题，好的电磁兼容工作可以使得系统性能有着完全不一样的效果。2.3.接地技术
接地技术是任何电子、电气设备或系统正常工作时必须采用的重要技术，它不仅是保护设施和人身安全的必要手段，也是抑制电磁干扰、保障设备或系统电磁兼容性、提高设备或系统可靠性的重要技术措施。接地的分类，按作用可分为安全接地和信号接地，其中安全接地又有设备安全接地、接零保护接地和防雷接地，信号接地又分为单点接地、多点接地、混合接地和悬浮接地。还有一个是搭接技术，搭接是指两个金属物体之间通过机械、化学或物理方法实现结构连接，以建立一条稳定的低阻抗电气通路的工艺过程。搭接的目的在于为电流的流动提供一个均匀的结构面和低阻抗通路，以避免在相互连接的两金属件间形成电位差，因为这种电位差对所有频率都可能引起电磁干扰。搭接方法可分为永久性搭接和半永久性搭接。搭接类型为两种基本类型：直接搭接和间接搭接。
3.电磁兼容与课题的联系
在实际的课题研究中电磁兼容的问题是不可忽略的，在本人所研究的基于FPGA的探伤系统研究中，传感器如何降低外界干扰源的问题是一个关键，这涉及到所采集数据的有效性和准确性。通常情况下在传感器的外层都有一层屏蔽层，如图一所示，图一（1）没有屏蔽层，图一（2）有屏蔽层。
图一（1）图一（2）屏蔽层的主要作用是将磁场约束在传感器内部，从而减小外部电磁场的干扰，同时它也可以使得各线圈之间的电位接近，从而减小线圈之间的容性耦合。屏蔽层的的引入使得激励和接收线圈的磁场发生变化，从而改变了传感器的灵敏度场。因此，屏蔽层的设计参数（厚度，电导率和线圈之间的距离）对于传 感器的特性有很大的影响[1]。
实际中传感器光有屏蔽装置还不够，例如当用金属导体靠近传感器或者外界有较强的噪声干扰时都会干扰到传感器的测量结果，这也说明了当传感器的灵敏度非常高的时候除了在硬件方面提高抗干扰性，还需要在传感器的激励方式，软件方面还需要下些功夫。
由于选取的被测对象一般是高电导率的金属，因此具有很强的涡流效应，一般低中频的激励信号（
图二
如图所示：电路有两个通道，一个通道作为能量和激励信号的放大，另一个作为接收线圈中所产生的小的感应信号的放大。当FPGA选择相应的线圈作为接收线圈时，带有门控功能的合理集成电路使得该线圈的激励信号能够很好的关断。反之当线圈作为激励时可以在合适的时间施加激励信号。
由于感应信号非常的小，所以信号必须经过放大达到一个可以检测的水平，因此前段电路必须离线圈的距离要足够的近，在一些信号衰减的非常严重的运用中，在信号的放大模块中我们选择了高增益（大于50倍）的运放。
此外，为了更好的保护FPGA芯片，需要将FPGA的主板放在绝缘带上，在人体每次接触主板之前需要接触一些金属物，将人体的静电给放掉达到保护芯片的作用。
通常在各种实验中谈及到的滤波技术是一个重要的课题，EMI滤波的工作原理和普通滤波器一样，它允许有用信号的频率分量通过，同时又阻止其他干扰分量的通过
在课题中在电路中由FPGA内部的DDS产生的激励信号源经过AD9754的数模转换后，输出信号中耦合系统时钟干扰与大量的谐波分量。在系统中采用低通滤波器能较好的去除输出信号中的杂波影响，平滑输出信号。
我们采用的是二阶Butterworth有源滤波器如图二:
图三
它由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈，在不同的频段，反馈的极性不相同，当信号频率f＞＞f0时（f0 为截止频率），电路的每级RC 电路的相移趋于-90º，两级RC 电路的移相到-180º，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容c 引到集成运放同相端的反馈是负反馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减，只允许低频端信号通过。
除了硬件上的滤波，我们在软件上也实现数字滤波。系统设计采用的是具有一定数据处理位宽的数字信号处理器FPGA，故在完成滤波器的设计之后，还要对滤波器的系数进行量化，并将量化的系数文件导入设计的滤波器模块中，滤波模块和滤波效果图四所示。
图四
（一）滤波器模块
图四
（二）simulink仿真滤波效果图 滤波技术是抑制电气、电子设备传导电磁干扰，提高电气、电子设备传导抗扰度水平的主要手段，也是保证设备整体或局部屏蔽效能的重要辅助措施。描述滤波器特性的技术指标包括插入损耗、频率特性、阻抗特性、额定电压、U1表示信号源额定电流等。其中插入损耗Il20log(U1*U2)，（或者干扰源）与负载阻抗（或者干扰对象）之间没有接入滤波器时，信号源在负载阻抗上产生的电压；U2表示信号源与负载阻抗之间接入滤波器时，信号源通过滤波器在同一负载阻抗上产生的电压。反射式滤波器的工作原理是把不需要的频率成分的能量反射回信号源或者骚扰源，而让需要的频率成分的能量通过滤波器施加于负载，以达到选择和抑制信号的目的。吸收式滤波器将信号中不需要的频率分量的能量消耗在滤波器中（或称被滤波器吸收），而允许需要的频率分量通过，以达到抑制干扰的目的。
4.小结
虽然这个学期的电磁兼容课程学习时间有限，但我收获颇丰。一是国外的一些经典的英文教材是非常好参考书，在学习的过程中发现国外的英文教材浅显易懂但却不乏深度。
二是就电磁干扰本身而言，电磁干扰往往会给你意想不到的结果，正如老师说的一个系统当你无意间多根接线就可能是整个系统无法工作，这也说明了电磁兼容这门课的重要性。很显然当我们做实验时，有些时候达不到预期的结果我们排除一些因素的后应该要往这方面思考，如果在大型的工程中没有考虑电磁兼容问题，往往会造成不可挽回的损失。
三是作为电磁兼容的基础知识电磁场理论的掌握是一个逐步的过程，在以前的学习中很少用所学的知识去解释和解决一些实际遇到的问题，借此机会给自己提个醒，希望以后腾出时间去更深的了解电磁方面的知识。
参考文献：
[1]尹武良.低频电磁传感检测技术[M].北京:科学出版社:2010:17－154.[2] W.L.Yin，A.J.Peyton.A Planar EMT System for the Detection of Faults on Thin Metallic Plates.Measurement Science and Technology,2006,17(8),2130-2135.[3] Yin W, Peyton A J.Thickne measurement of non-magnetic plates using multi-frequency eddy current sensors[J].NTD&E International, 2007, 40: 43-48.
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